[發(fā)明專利]串聯(lián)混合動力系統(tǒng)或復合電源的控制方法與裝置

有效

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• 申請日: 2018-12-28
• 公開（公告）號: CN109980771B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發(fā)明（設計）人: 王又瓏;魏嘉麟;李鴻揚;李可;張穎
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H02J9/08
• 分類號: H02J9/08;H02P9/30;H02P21/22;H02P101/30
• 代理公司: 北京瀚仁知識產權代理事務所(普通合伙) 11482
• 代理人: 宋寶庫;屠曉旭

本發(fā)明涉及串聯(lián)混合動力系統(tǒng)領域，具體涉及一種串聯(lián)混合動力系統(tǒng)或復合電源的控制方法與裝置，目的在于解決發(fā)電機組和儲能裝置的功率難以實現精確分配的問題。本發(fā)明的串聯(lián)混合動力系統(tǒng)或復合電源的控制裝置針對的串聯(lián)混合動力系統(tǒng)或復合電源包括：原動機、發(fā)電機、整流器、儲能裝置。該控制裝置包括：儲能裝置電流控制模塊和發(fā)電機轉速控制模塊；儲能裝置電流控制模塊用于根據儲能裝置的電流參考值和電流實際值生成原動機的功率參考值，從而控制儲能裝置的電流；發(fā)電機轉速控制模塊用于根據發(fā)電機的轉速參考值和發(fā)電機的轉速實際值生成整流器的控制信號，從而控制發(fā)電機的轉速。本發(fā)明無需做復雜的模式判斷，實現了功率分配實時、精確、可控。

技術領域

本發(fā)明涉及串聯(lián)混合動力系統(tǒng)領域，具體涉及一種串聯(lián)混合動力系統(tǒng)或復合電源的控制方法與裝置。

背景技術

節(jié)能和環(huán)保是當前社會發(fā)展的兩大突出問題，發(fā)展電氣化交通是汽車、航空和船舶工業(yè)的發(fā)展趨勢，然而電池的充電速度和能量密度限制了交通電氣化技術的普及。串聯(lián)式油電混合動力系統(tǒng)可以降低燃油的消耗和污染，提高載具的續(xù)航里程，既具有比電池單獨供電的系統(tǒng)更高的能量密度、功率密度，又具有比發(fā)電機組單獨供電的系統(tǒng)更好的動態(tài)特性，因此在新能源汽車、船舶和多電飛機的能源動力系統(tǒng)中獲得了廣泛的應用。此外，燃氣輪機發(fā)電機組和動力電池組成的復合電源也是可再生能源分布式發(fā)電常用的備用供電設備。

現有的串聯(lián)混合動力系統(tǒng)結構通常如圖1所示，原動機1(如發(fā)動機、燃氣輪機或柴油機等)與永磁發(fā)電機2連軸運行，帶動永磁發(fā)電機2發(fā)電。永磁發(fā)電機2出線端接入可控整流器3，整流器3將永磁發(fā)電機2發(fā)出的交流電整流成直流，直流側并聯(lián)濾波電容4，儲能裝置7(如動力電池、超級電容和飛輪等)經過DC-DC變換器8接入直流母線，逆變器5將直流逆變成交流電驅動電動機6。原動機1不與機械系統(tǒng)直接連接，原動機1的全部有效能量均轉化為電能供用電設備使用。串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)可根據工況工作在多種模式：1、純電動運行模式，即發(fā)電機組停機，只有儲能裝置提供功率給電動機；2、純發(fā)動機驅動模式，由原動機和發(fā)電機組成的發(fā)電單元來提供功率給電動機，儲能裝置既不吸收能量也不發(fā)出能量，從系統(tǒng)中切出；3、發(fā)電機和儲能裝置聯(lián)合供電；4、發(fā)電機提供功率驅動電動機運行并且給儲能裝置充電。

串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)可以使發(fā)動機工作在高效區(qū)間，燃油的經濟性較高，污染物排放較小。儲能裝置起到“削峰填谷”的作用，發(fā)電機發(fā)出功率大于電動機所需功率時，以電池為主的儲能裝置吸收多余的功率；當發(fā)電機發(fā)出功率低于電動機需求時，電池提供這部分功率。系統(tǒng)工作的工況復雜多樣，能量在三個端口之間流動，精確控制系統(tǒng)的功率流對系統(tǒng)特性和節(jié)能效果非常重要。

但是，現有的串聯(lián)混合動力系統(tǒng)常采用發(fā)動機轉速閉環(huán)控制，通過調節(jié)原動機的轉速來調節(jié)發(fā)電機輸出功率，或者由發(fā)電機組自動適應負載的功率需求，從而控制系統(tǒng)的功率分配和功率流動。但以燃氣輪機為代表的小轉動慣量原動機的機械特性較軟，轉速隨負載變化波動較大，動態(tài)性能較差；另一方面，現有的一些發(fā)動機需要電執(zhí)行器調節(jié)油門，難以實現快速準確的控制，尤其是一些航空發(fā)動機。

發(fā)明內容

為了解決現有技術中的上述問題，本發(fā)明提出了一種串聯(lián)混合動力系統(tǒng)或復合電源的控制方法與裝置，實現了功率分配實時、精確、可控。

本發(fā)明的一方面，提出一種串聯(lián)混合動力系統(tǒng)或復合電源的控制裝置，所述串聯(lián)混合動力系統(tǒng)或復合電源包括：原動機、發(fā)電機、整流器、儲能裝置，所述控制裝置包括：儲能裝置電流控制模塊和發(fā)電機轉速控制模塊；

所述儲能裝置電流控制模塊用于根據所述儲能裝置的電流參考值和電流實際值生成所述原動機的功率參考值，從而控制所述儲能裝置的電流；

所述發(fā)電機轉速控制模塊用于根據發(fā)電機的轉速參考值和所述發(fā)電機的轉速實際值生成所述整流器的控制信號，從而控制所述發(fā)電機的轉速。

優(yōu)選地，所述儲能裝置電流控制模塊包括：電流減法器、第一調節(jié)器和原動機功率控制單元；